die wellen, die ich rief

Wav-Dateien mit den Wave-Tools erzeugen

01.01.2003
Alle Welt spricht MP3, wozu sich noch mit wav-Dateien beschäftigen? Letztlich steckt hinter jedem MP3 auch nur eine Art Wellenbeschreibung, und Wellen sind vielfältig einsetzbar. Was man mit wav-Dateien zusammen mit den WaveTools alles erleben kann, zeigt dieser Artikel.

Die WaveTools liegen zur Zeit in der Version 1.0 vor. Zu den Neuerungen gegenüber der Vorgängerversion (0.9) gehört unter anderem der Wegfall der DOS-Unterstützung, was mir die WaveTools direkt sympathisch gemacht hat. Die Installation aus den Sourcen ist sehr einfach. Zuerst richten Sie (alles als root selbstverständlich) ein neues Verzeichnis ein:

mkdir /usr/local/wavetools

Wechseln Sie in dieses Verzeichnis, mounten die Heft-CD und packen das Archiv dort aus:

tar xzf /cdrom/LinuxUser/wellen/wavetools-1.0-bin.tgz

Anschließend erzeugen Sie noch einige symbolische Links, damit die WaveTools-Programme in Ihrem Suchpfad liegen:

for i in wcat wcut wfct wflt winf wplot wview; do ln -s /usr/local/wavetools/wavetools-1.0-bin/$i /usr/local/bin/ ; done

Einen ersten Überblick, was die WaveTools alles können, zeigt die Auflistung in Tabelle 1.

Tabelle 1: Die WaveTools

winf Gibt Informationen über die wav-Datei aus.
wcat Kann wav-Dateien aneinanderhängen und Sampling-Eigenschaften konvertieren.
wcut Schneidet aus einer wav-Datei Bereiche aus.
wflt Kann wav-Dateien filtern.
wfct Erzeugt wav-Dateien.
wmix Verknüpft wav-Dateien.
wview Kann wav-Dateien interaktiv darstellen.
wplot Erzeugt ein PostScrip-File des Zeit/Amplituden-Grafen.

Am Anfang war die Welle

Bevor wir uns mit wav-Dateien beschäftigen, sollten wir zu Beginn welche erzeugen. Dazu rufen wir uns zuerst einmal ins Gedächtnis, wie eine wav-Datei theoretisch aufgebaut ist: Sie stellt die Werte der Luftdruckschwankungen, die unser Ohr als akustische Wahrnehmung treffen, in digitalisierter Form dar. Dabei werden die Werte erhöhten Drucks mit positiven Werten, die Werte verminderten Drucks mit negativen Werten dargestellt. Die Abtastrate verrät, wie oft pro Sekunde der Wert aufgetragen wird wird. Als Auflösung bezeichnet man in diesem Zusammenhang, mit welcher Genauigkeit der abgetastete Wert dargestellt wird (8 Bit, 16 Bit…).

Um wav-Dateien zu erzeugen, benutzt man wfct. Dieses Kommando kennt eine Reihe von Optionen, die beeinflussen, was für eine wav-Datei erzeugt wird. Das sind neben dem Parameter -o (der Name der Ausgabedatei wird ohne Leerzeichen angehängt, also -odatei.wav) die Schwingungsoptionen -r für Rechteckschwingung, -t für Dreieckschwingung, -w für Sägezahnschwingung, -n für Rauschen, -i für Rechteckimpulse und ohne Angabe von Optionen die Sinus-Schwingung. Eine Schwingung braucht natürlich noch die Angabe wie lang sie sein soll und welche Frequenz sie hat. Dies wird über Parameter mitgegeben, welche die Endungen Hz für Herz und s für Sekunden besitzen. Alle WaveTools-Programme sind darüberhinaus in der Lage, vor ihren Einheiten die Buchstaben m (für milli), c (für centi), d (für dezi), k (für kilo) und K (für den Faktor 1024) zu erkennen und entsprechend zu berücksichtigen. 10ms werden von den WaveTools also als 10 Millisekunden gelesen. Eine zwei Sekunden lange Sinus-Schwingung des Kammertons a kann demnach einfach durch

wfct -osinus.wav 440Hz 2s

erzeugt werden. Bei der Beeinflussung der Qualität, also der Abtastrate und der Auflösung, helfen weitere Optionen (siehe Tabelle 2).

Tabelle 2: <C>wfct<C>-Optionen

-srate Abtastrate (Standard 11025 Hz)
-bquant Auflösung (Standard 8 Bit)
-aampl Amplitude (Standard 1 = 100%)
-pphase Phasenverschiebung (Standard 0 rad/deg/%)
-r Rechteckschwingung
-t Dreieckschwingung
-w Sägezahnschwingung
-n Rauschen
-iweite Rechteckimpuls (Breite in s oder %)
-odatei Ausgabedatei im wav-Format
-h Hilfe
-v Protokollierungen

Zeig Dich!

Nach dem Anlegen einer eigenen wav-Datei können Sie diese mit jedem gängigen Abspielprogramm, z. B. play oder wavp auf der Kommandozeile, anhören. Dass es sich bei der erzeugten wav-Datei um eine Sinus-Schwingung handelt, können Sie auch sehen, wenn Sie sie sich diese mit dem WaveTools-Programm wplot ansehen. Da die Ausgabe von zwei Sekunden Sinus-Schwingung nicht mehr gut zu erkennen ist, wählen wir für die Ausgabe nur die ersten zehn Millisekunden. Dafür stellt wplot die Option -sstartzeit und -llaenge zur Verfügung. Mit

wplot -s0s -l10ms -osinus.ps sinus.wav

erzeugen Sie eine PostScript-Datei, die Sie sich am einfachsten mit display sinus.ps ansehen können. Durch den modularen Aufbau der WaveTools ist es möglich, die Programme auf der Kommandozeile miteinander zu kombinieren. Außerdem lassen sie sich leicht in Scripte einbauen. In dem Fall verzichtet man auf die die Option -o und lässt direkt auf die Standardausgabe schreiben und verknüpft mit einem |-Zeichen einen weiteren Aufruf (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: wfct 440Hz 1s | wplot -s10ms -l10ms -t | display

Das Programm wplot kennt noch einige weitere Parameter, die sich bis auf -t, welches einfach bei der Ausgabe die Verschiebung durch die Option -s mit in die Achsenbeschriftung einrechnet (vergleich Abbildung 1), selbst erklären (siehe auch Tabelle 3).

Tabelle 3: Die <C>wplot<C>-Optionen

-sstartzeit Start-Offset
-eendzeit End-Offset
-ldauer Dauer
-t echte Zeitachse
-wbreite Grafikbreite (Standard 10 cm)
-fgroesse Schriftgröße (Standard 10 pt)
-odatei Ausgabedatei
-h Hilfe
-v Protokollierungen

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